Mali pala ang universe

2024 May -akda: Seth Attwood | [email protected]. Huling binago: 2023-12-16 16:18

Ang mga cosmologist ay nahaharap sa isang seryosong problemang pang-agham, na nagpapahiwatig ng di-kasakdalan ng kaalaman ng tao tungkol sa Uniberso. Ang pagiging kumplikado ay may kinalaman sa isang tila walang kuwentang bagay tulad ng bilis ng pagpapalawak ng Uniberso. Ang katotohanan ay ang iba't ibang mga pamamaraan ay nagpapahiwatig ng iba't ibang kahulugan - at sa ngayon ay walang makapagpaliwanag ng kakaibang pagkakaiba.

Misteryo ng Kosmiko

Sa kasalukuyan, pinakatumpak na inilalarawan ng karaniwang cosmological model na "Lambda-CDM" (ΛCDM) ang ebolusyon at istruktura ng uniberso. Ayon sa modelong ito, ang uniberso ay may nonzero positive cosmological constant (term na lambda) na nagdudulot ng pinabilis na paglawak. Bilang karagdagan, ipinapaliwanag ng ΛCDM ang naobserbahang istruktura ng CMB (cosmic microwave background), ang pamamahagi ng mga galaxy sa Uniberso, ang kasaganaan ng hydrogen at iba pang light atoms, at ang mismong rate ng pagpapalawak ng vacuum. Gayunpaman, ang isang malubhang pagkakaiba sa rate ng pagpapalawak ay maaaring magpahiwatig ng pangangailangan para sa isang radikal na pagbabago sa modelo.

Ang theoretical physicist na si Vivian Poulin ng French National Center for Scientific Research and the Laboratory for the Universe and Particles in Montpellier ay nangangatwiran na ang ibig sabihin nito ay ang sumusunod: may mahalagang nangyari sa batang uniberso na hindi pa natin alam. Marahil ito ay isang kababalaghan na nauugnay sa isang hindi kilalang uri ng madilim na enerhiya o isang bagong uri ng mga subatomic na particle. Kung isasaalang-alang ito ng modelo, mawawala ang pagkakaiba.

Nasa bingit ng krisis

Ang isa sa mga paraan upang matukoy ang rate ng pagpapalawak ng Uniberso ay ang pag-aaral sa background ng microwave - ang relic radiation na lumitaw 380 libong taon pagkatapos ng Big Bang. Maaaring gamitin ang ΛCDM upang makuha ang pare-parehong Hubble sa pamamagitan ng pagsukat ng malalaking pagbabago sa CMB. Ito ay naging katumbas ng 67, 4 na kilometro bawat segundo para sa bawat megaparsec, o mga tatlong milyong light years (sa ganoong bilis, ang mga bagay ay naghihiwalay sa isa't isa sa naaangkop na distansya). Sa kasong ito, ang error ay 0.5 kilometro bawat segundo lamang bawat megaparsec.

Kung makukuha natin ang tungkol sa parehong halaga gamit ang ibang paraan, ito ay magpapatunay sa bisa ng karaniwang modelo ng kosmolohiya. Sinukat ng mga siyentipiko ang maliwanag na ningning ng mga karaniwang kandila - mga bagay na laging kilala ang ningning. Ang mga naturang bagay ay, halimbawa, uri ng Ia supernovae - mga puting dwarf na hindi na maaaring sumipsip ng materya mula sa malalaking kasamang bituin at sumasabog. Sa pamamagitan ng maliwanag na ningning ng mga karaniwang kandila, matutukoy mo ang distansya sa kanila. Sa kahanay, maaari mong sukatin ang redshift ng supernovae, iyon ay, ang paglipat ng mga wavelength ng liwanag sa pulang rehiyon ng spectrum. Kung mas malaki ang redshift, mas malaki ang bilis kung saan ang bagay ay tinanggal mula sa tagamasid.

Kaya, posible na matukoy ang rate ng pagpapalawak ng Uniberso, na sa kasong ito ay lumalabas na katumbas ng 74 kilometro bawat segundo para sa bawat megaparsec. Hindi ito tumutugma sa mga halagang nakuha mula sa ΛCDM. Gayunpaman, hindi malamang na ang isang error sa pagsukat ay maaaring ipaliwanag ang pagkakaiba.

Ayon kay David Gross ng Kavli Institute for Theoretical Physics sa University of California, Santa Barbara, sa particle physics, ang gayong pagkakaiba ay hindi matatawag na problema, ngunit isang krisis. Gayunpaman, maraming mga siyentipiko ang hindi sumang-ayon sa pagtatasa na ito. Ang sitwasyon ay kumplikado sa pamamagitan ng isa pang pamamaraan, na batay din sa pag-aaral ng unang bahagi ng Uniberso, ibig sabihin, baryonic acoustic oscillations - mga oscillations sa density ng nakikitang bagay na pumupuno sa unang bahagi ng Uniberso. Ang mga vibrations na ito ay sanhi ng plasma acoustic waves at palaging may mga kilalang sukat, na ginagawa itong parang mga karaniwang kandila. Kasama ng iba pang mga sukat, binibigyan nila ang Hubble na pare-pareho sa ΛCDM.

Bagong Modelo

May posibilidad na nagkamali ang mga siyentipiko sa paggamit ng Type Ia supernovae. Upang matukoy ang distansya sa isang malayong bagay, kailangan mong bumuo ng isang hagdan ng distansya.

Ang unang baitang ng hagdan na ito ay ang Cepheids - mga variable na bituin na may tiyak na relasyon sa panahon-luminosity. Maaaring gamitin ang mga Cepheid upang matukoy ang distansya sa pinakamalapit na uri ng Ia supernovae. Sa isa sa mga pag-aaral, sa halip na Cepheids, ginamit ang mga pulang higante, na sa isang tiyak na yugto ng buhay ay umaabot sa pinakamataas na ningning - pareho ito para sa lahat ng mga pulang higante.

Bilang resulta, ang Hubble constant ay naging 69.8 kilometro bawat segundo bawat megaparsec. Walang krisis, sabi ni Wendy Freedman ng Unibersidad ng Chicago, isa sa mga may-akda ng papel.

Ngunit ang pahayag na ito ay tinanong din. Sinukat ng pakikipagtulungan ng H0LiCOW ang Hubble constant gamit ang gravitational lensing, isang epekto na nangyayari kapag ang isang napakalaking katawan ay yumuko sa mga sinag mula sa isang malayong bagay sa likod nito. Ang huli ay maaaring mga quasar - ang nuclei ng mga aktibong galaxy na pinapakain ng napakalaking black hole. Dahil sa mga gravitational lens, maraming larawan ng isang quasar ang maaaring lumabas nang sabay-sabay. Sa pamamagitan ng pagsukat ng flicker ng mga larawang ito, nakuha ng mga siyentipiko ang na-update na Hubble constant na 73.3 kilometro bawat segundo bawat megaparsec. Kasabay nito, ang mga siyentipiko hanggang sa huli ay hindi alam ang posibleng resulta, na hindi kasama ang posibilidad ng pandaraya.

Ang resulta ng pagsukat ng Hubble constant mula sa natural maser na nabuo kapag umiikot ang gas sa paligid ng black hole ay naging 74 kilometro bawat segundo bawat megaparsec. Ang iba pang mga pamamaraan ay nagbigay ng 76.5 at 73.6 kilometro bawat segundo kada megaparsec. Ang mga problema ay lumitaw din sa pagsukat ng pamamahagi ng mga bagay sa Uniberso, dahil ang gravitational lensing ay nagbibigay ng ibang halaga kumpara sa mga sukat ng background ng microwave.

Kung lumalabas na ang pagkakaiba ay hindi dahil sa mga error sa pagsukat, kakailanganin ng isang bagong teorya upang ipaliwanag ang lahat ng data na kasalukuyang magagamit. Ang isang posibleng solusyon ay ang baguhin ang dami ng dark energy na nagdudulot ng pinabilis na paglawak ng uniberso. Bagama't karamihan sa mga siyentipiko ay pabor na gawin nang walang pag-update ng pisika, ang problema ay nananatiling hindi nalutas.